A szagló receptorok azok a fehérjék, amelyek az idegsejtek apikális pólusában lokalizálódnak, a fajtól függően a szaglóhám vagy az antenna szagló receptorai . A kémiai nyomok felismerése a környezetben alapvető szerepet játszik az állatok többségének életben maradásában, mivel tájékoztatja őket az élelmiszer jelenlétéről, a ragadozók reprodukciós partnereiről vagy a kórokozókról. A szagló receptorok tehát a környezettől származó molekuláris jelek belépési pontjai; lehetővé teszik transzdukciójukat a központi idegrendszer által értelmezhető elektromos idegüzenetbe . A szagló receptorok D rs Linda B. Buck és Richard Axel felfedezők nevéhez fűződnek1991A géncsalád ezen proteineket kódoló; ez a felfedezés szerzett nekik a Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj a2004.
Ezeknek a fehérjéknek az N-terminális végén egy receptor domén van, amely az extracelluláris közeg felé irányul. Ez a terület bizonyos kémiai vegyületekre jellemző. A szagló receptorok sokasága - a gerincesek többségében több száz, a G fehérjékhez kapcsolt fehérjék szupercsaládjához tartozik - és sokféleségük lehetővé teszi az eljutó molekuláris fajok kombinatív kódolását. Több tízezer ilyen van, valószínűleg mindegyiket megkülönbözteti a legtöbb gerinces szaglási rendszere.
Az egér genomja körülbelül 1500 szagló receptorokat kódoló gént tartalmaz, amelyek 80% -a átíródik. Emberben körülbelül 950 gén létezik, amelyek 60% -a nincs átírva ( pszeudogének ), és körülbelül 100 a halak őseitől örökölt, körülbelül 350 funkcionális, ez az pszeudogenizáció értelmezhető az emberi szaglási univerzum csökkenése vagy csökkent képesség hogy megkülönböztesse a szaglását. A szagló receptorok alkotják az emlősök legnagyobb géncsaládját, fajtól függően a teljes kódoló gének 2% -át (5% -át) képviselik.
A szagló receptor sejtek kéthavonta megújulnak.
A gerincesekben lévő szagló receptor gének családja olyan genomiális események révén alakult ki, mint például a gén duplikációk. A tandem duplikációkat az a tény bizonyította, hogy sok, ugyanazon filogenetikai családba tartozó receptorokat kódoló gén ugyanazon a kromoszóma lokuszon helyezkedik el. Egy ilyen evolúció magában foglalja a több géncsalád repertoárjában lévő gének megszüntetését olyan mutációkkal is, amelyek nem funkcionális álgéneket hoznak létre. Felvetődött, hogy a főemlősök színlátásának fejlődése csökkentheti a főemlősök szaglásának hasznosságát, ami megmagyarázná a szelektív nyomás felszabadulását ezekre a génekre és a pszeudogén receptorok felhalmozódását.
Kimutatták, hogy a negatív szelekció mindig gyenge a modern emberben, ami lehetővé teszi a káros mutációk terjedését a jelenlegi populációkban. Ennek eredményeként a mai emberben a minimális funkciós platót még nem érték el, ezért a szagló képesség tovább csökkenhet. Ezt tekintik az emberi genetika jövőbeli fejlődésének első tudományos nyomára.
A szagló receptorok változó affinitással rendelkeznek a szagmolekulák egész sora iránt. Ezzel szemben egyetlen illatmolekula megköthet több változó affinitással felruházott illatreceptort, amelyek függenek a molekulák fizikai-kémiai tulajdonságaitól, például térfogatuktól és kémiai funkcióiktól. Amint az illatosító anyag kötődik a szagreceptorhoz, a receptor strukturális változásokon megy keresztül. Megköti és aktiválja a szagló-szerű G fehérjét, amely a szagló receptor neuron belsejében található. A G fehérje (G olf és / vagy G s ) viszont aktiválja a liázt - adenilát-ciklázt -, amely az ATP- t cAMP-vé alakítja . A CAMP az ioncsatornák megnyitásához vezet, amely lehetővé teszi a nátrium ( ) és a kalcium ( ) ionok bejutását a sejtbe, ami az idegsejt depolarizációjához vezet. Ezt a depolarizációt a kalcium által aktivált klóráram ( ) erősíti . Ez a depolarizáció vagy receptor potenciál a szagló receptor neuron axon kúpjára terjed ki, ahol olyan cselekvési potenciálok kerülnek kibocsátásra, amelyek tovább kerülnek a szaglógumóba , amely a szaginformáció első közvetítése az idegrendszerbe.
A receptor potenciálja három mechanizmusnak köszönhetően visszatér nyugalomba. A specifikus foszfodiészterázok részt vesznek a cAMP lebontásában. Le komplexet képez a kalmodulinnal, amely kötődik a / csatornához és csökkenti affinitását a cAMP iránt (lásd az ábrát) . Végül a / cserélő hatására az idegsejtből kilökődik .
Több ezer szagló receptor (OR) elsődleges szekvenciája több mint egy tucat organizmus genomjából ismert: ezek hét hélix transzmembrán fehérjék, de vannak ( 2016. május) egyetlen RO-nak sem ismert szerkezete . Szekvenciáik tipikus A osztályú GPCR motívumokat mutatnak be, amelyek hasznosak szerkezeteik molekuláris modellezéssel történő felépítéséhez. Golebiowski, Ma és Matsunami kimutatták, hogy a ligandum felismerési mechanizmus, bár hasonló a többi nem szagú A osztályú GPCR-hez, a szagreceptorokra specifikus maradékokkal rendelkezik, különösen a hatodik spirálban. Az összes műtő körülbelül háromnegyedében erősen konzervált szekvencia található, amely háromlábú fémion-kötő helyet jelent, és Suslick azt javasolta, hogy az RO- k valójában metalloproteinek (főleg cinkkel, rézzel és esetleg mangánnal), amelyek Lewis-savként szolgálnak. számos szagos molekula megkötésének helye. Crabtree 1978-ban már azt javasolta, hogy a Cu (I) "a legvalószínűbb jelölt egy fém-receptor helyre a szaglásban" az erős szagú illékony anyagokra, amelyek szintén jó koordinációs ligandumok a fémek számára, mint például a tiolok. Zhuang, Matsunami és Block 2012-ben megerősítette Crabtree / Suslick javaslatát az OU egér egyedi esetére, a MOR244-3-ra, és megmutatta, hogy a réz elengedhetetlen bizonyos tiolok és más kéntartalmú vegyületek kimutatásához. Tehát egy olyan vegyi anyag felhasználásával, amely az egér orrában rézhez kötődik, így a réz nem elérhető a receptorok számára, a szerzők kimutatták, hogy az egerek nem tudták kimutatni a tiolokat. Ezek a szerzők azonban azt is megállapították, hogy az MOR244-3 nem rendelkezik a Suslick által javasolt specifikus fémion-kötő hellyel, hanem más motívumot mutat az EC2 doménben.
A metalloproteinek diszfunkciója a szaglórendszerben feltételezhetően összefügg az amiloid alapú neurodegeneratív betegségekkel.
A szaglás rezgéselmélete (en)Egy ellentmondásos tanulmányban azt is felvetették, hogy a szagló receptorok kvantum koherencia mechanizmusok révén a molekulák helyett a molekulák vibrációs energiájának különböző szintjeit érzékelik. Bizonyításként bebizonyosodott, hogy a gyümölcslegyek (ecetes legyek) meg tudtak különböztetni két illatot, amelyek csak a hidrogén izotópjának, a deutériumnak a jelenlétében különböznek egymástól (ami radikálisan módosítja a molekula rezgési energiájának szintjét). A legyek nemcsak megkülönböztethetik az illat deuterált és nem deuterált formáit, hanem általánosíthatják a "deuteritás" tulajdonságát más innovatív molekulákra is. Ezen túlmenően általánosították a megtanult elkerülési magatartást olyan molekulákra, amelyek nem voltak deuterálva, de erős rezgési szakaszon osztoztak a deuterált molekulákkal, amit a deuterálás differenciálfizikája (lent) nehezen számol be.
A deuterálás módosítja az adszorpciós hőt, valamint a molekulák forrás- és fagyáspontját (forráspontok: 100,0 ° C H 2 Oviszonyítva 101,42 ° C-on D 2 O; olvadáspontok: 0,0 ° C-H 2 O, 3,82 ° C-D 2 O), pKa (például, disszociációs állandó: 9,71 × 10 -15 H 2 O1,95 × 10 −15 D 2 O-hoz képest, vö. nehézvíz) és a hidrogénkötés erőssége. Az ilyen izotópos hatások rendkívül gyakoriak, ezért jól ismert, hogy a deutériummal való helyettesítés valóban megváltoztatja a molekulák fehérje receptorokhoz való kötődésének állandóit.
Azt állították, hogy az emberi szagló receptorok képesek megkülönböztetni a ciklopentadekanon deuterált és nem deuterált izotóomerjeit a rezgési energiaszint detektálásával. Ezt az állítást azonban egy másik jelentés vitatta, hogy az emberi pézsmat felismerő receptor, az OR5AN1, amely robusztusan reagál a ciklopentadekanonra és a muszkonra, in vitro nem különbözteti meg ezeknek a vegyületeknek az izotópereit . Ezenkívül az egér (metiltio) metántiolt felismerő receptor, a MOR244-3, valamint más kiválasztott egér és humán szagló receptorok hasonlóan reagáltak a ligandumaik normál, deuterált és szén-13 izotopomerjeivel, az eredmények hasonlóak az OR5AN1 receptor pézsmánál találtak. Ezért arra a következtetésre jutottak, hogy a javasolt rezgéselmélet nem vonatkozik az emberi OR5AN1 pézsmareceptorra, az MOR244-3 egér tiolreceptorra vagy más vizsgált szagló receptorokra. Ezenkívül a szagú anyagok rezgési frekvenciáinak javasolt elektronátviteli mechanizmusát a szagtalan molekuláris rezgési módok kvantumhatásai könnyen elnyomhatják. Sok bizonyíték tehát ellentmond a szag rezgéselméletének. Ez utóbbi tanulmányt azért kritizálták, mert "egy tálban lévő sejteket használt, mint egész organizmusokat", és hogy "egy szagreceptor expressziója az emberi embrionális vesesejtekben nem állítja helyre megfelelően a szervezet összetett természetét. Szaglás ..." . Válaszul a második tanulmány szerzői kijelentik, hogy "az embrionális vesesejtek nem azonosak az orr sejtjeivel ... de ha megnézzük a receptorokat, ez a világ legjobb rendszere".